超高層建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀研究及其阻礙因素解讀

張新行+朱晨菲+婁威威+蒲虹利

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，超高層建筑的數(shù)量日益增加，結(jié)合我國(guó)超高層建筑的發(fā)展現(xiàn)狀，從三個(gè)常用結(jié)構(gòu)體系：筒體結(jié)構(gòu)體系、巨型結(jié)構(gòu)體系、混合結(jié)構(gòu)體系，詳細(xì)介紹了超高層建筑結(jié)構(gòu)的常見類型，為超高層建筑結(jié)構(gòu)的選擇提供參考依據(jù)。從我國(guó)目前超高層存在的主要問題——防火和節(jié)能出發(fā)，提出合理化建議，促進(jìn)我國(guó)超高層建筑又快又好發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】超高層；結(jié)構(gòu)體系；防火；節(jié)能

引言

近年來，我國(guó)超高層建筑如雨后春筍般一座座拔地而起，原有的結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)不能滿足超高層結(jié)構(gòu)的要求，在超高層建筑蓬勃發(fā)展的同時(shí)，結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)面臨新的挑戰(zhàn)。隨之對(duì)應(yīng)的筒體結(jié)構(gòu)體系、巨型結(jié)構(gòu)體系和混合結(jié)構(gòu)體系被廣泛推廣和應(yīng)用，但是目前阻礙超高層建筑發(fā)展的主要民生問題是防火和節(jié)能，如果解決防火和節(jié)能問題，我國(guó)的超高層建筑才能快速發(fā)展。

1.超高建筑的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的超高層建筑主要分布在長(zhǎng)三角、珠三角地區(qū)以及北上廣深等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，并且逐漸向全國(guó)其他區(qū)域擴(kuò)展，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2013年-2018時(shí)期我國(guó)計(jì)劃完成250m以上的超高層建合計(jì)164幢。

2.超高層建筑結(jié)構(gòu)類型

2.1 筒體結(jié)構(gòu)體系

筒體結(jié)構(gòu)體系是由若干縱橫交接的剪力墻集中到房屋內(nèi)部或者外部形成封閉式的筒體，目的是用來承擔(dān)來自房屋的豎向以及水平荷載的結(jié)構(gòu)體系，筒體結(jié)構(gòu)體系包括：框架—筒體結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)以及束筒結(jié)構(gòu)。

（1）框架—筒體結(jié)構(gòu)：豎向荷載由框架和筒體共同承受，水平荷載由筒體承受，一般適用于大50層的超高層建筑的結(jié)構(gòu)中，其結(jié)構(gòu)形式又分為框架—空腹筒體結(jié)構(gòu)和框架—實(shí)腹筒體結(jié)構(gòu)。

（2）筒中筒結(jié)構(gòu)：由中間剪力墻內(nèi)筒和周邊外框筒組成。在水平力作用情況下，內(nèi)外筒協(xié)同工作，內(nèi)筒可布置電梯間、樓梯間等一些服務(wù)設(shè)施，外筒則可安裝玻璃幕墻。

（3）束筒結(jié)構(gòu)：束筒結(jié)構(gòu)也稱為組合筒結(jié)構(gòu)，由字面意思可知該結(jié)構(gòu)類型是將若干個(gè)筒組合成一個(gè)整體，共同承受豎向和水平荷載。

2.2 巨型結(jié)構(gòu)體系

巨型結(jié)構(gòu)體系由主結(jié)構(gòu)與次結(jié)構(gòu)共同工作的一種結(jié)構(gòu)體系，其主結(jié)構(gòu)主要為抵抗側(cè)力體系，次結(jié)構(gòu)承受豎向荷載并將豎向荷載傳給主結(jié)構(gòu)。

（1）巨型框架結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)由一級(jí)結(jié)構(gòu)與每隔若干層設(shè)置一道巨型梁，一起組成剛度較大的巨型框架承受荷載。巨型框架與其他常規(guī)結(jié)構(gòu)體系可以任意組合，得到許多性能優(yōu)的巨型結(jié)構(gòu)體系。

（2）巨型桁架結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)是由豎桿和斜桿共同組成的懸臂桁架，目的是共同承擔(dān)水平和豎向荷載。巨型桁架結(jié)構(gòu)也可與其他常規(guī)結(jié)構(gòu)體系組合，產(chǎn)成許多性能優(yōu)的巨型結(jié)構(gòu)體系。

2.3 混合結(jié)構(gòu)體系

鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)體系結(jié)合了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，既鋼材自重輕、延性好、抗震性能較強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)以及混凝土造價(jià)長(zhǎng)處，因此目前被廣泛應(yīng)用于超高層建筑中?；旌辖Y(jié)構(gòu)體系還有型鋼混凝土外筒+鋼筋混凝土內(nèi)筒以及型鋼混凝土框架+鋼筋混凝土內(nèi)筒等混合結(jié)構(gòu)體系。

3.我國(guó)超高層建筑存在的問題

我國(guó)在超高層建筑發(fā)展上存在許多問題，在這里主要討論民生的兩大問題—防火和節(jié)能。防火問題歷來是我國(guó)建筑行業(yè)的重點(diǎn)的問題，可見防火的重要性以及必要性。在我國(guó)每年建筑行業(yè)的能源消耗量是非常驚人。隨著超高層建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，防火和節(jié)能問題再一次引起了廣泛的關(guān)注。

3.1 建筑防火安全設(shè)置不規(guī)范

雖然我國(guó)的大多數(shù)建筑物結(jié)構(gòu)是混凝土結(jié)構(gòu)，在發(fā)生大火的情況下，整體結(jié)構(gòu)形式不易發(fā)生變形?，F(xiàn)代化的超高層建筑防火顯得非常重要，防火通道的建設(shè)上很不完善，比如在很多超高層建筑中，滅火工具方面不僅稀少，而且大多已經(jīng)老化；在緊急的逃生樓梯通道上，因?yàn)闃菍舆^高從而樓梯逃生速度緩慢。

3.2 節(jié)能環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)

我國(guó)每年消耗在建筑行業(yè)的材料、能源數(shù)目是無法估計(jì)。建筑物越高，能源的消耗量就越大，如何在保證質(zhì)量安全的前提下，最大化的減少能源消耗。而我國(guó)超高層建筑在節(jié)能建設(shè)上存在的許多問題是：對(duì)于超高層的建筑材料必須使用性能更好的材料，然而在建筑施工時(shí)，大多使用的是一般的傳統(tǒng)建筑材料，最大的問題就是保溫，防水等方面不過關(guān)。其次超高層建筑中存在大量的照明、電梯等一大批耗能設(shè)備，因此如何減少設(shè)施耗能也是一個(gè)關(guān)鍵的問題。

4.建設(shè)安全科學(xué)的超高層建筑的建議

4.1 嚴(yán)格規(guī)范超高層建筑的防火要求

保護(hù)生命和財(cái)產(chǎn)安全是社會(huì)民生的重大問題，因此必須嚴(yán)格要求防火安全。除在超高層建筑物內(nèi)放置大量的滅火設(shè)施以外；對(duì)于超高層建筑來說，如何在發(fā)生火災(zāi)后，迅速逃生才是最重要的；如果在超高層建筑中逃生完全憑借樓梯，是一個(gè)非常不現(xiàn)實(shí)的問題，所以必須投入人力物力設(shè)計(jì)出一款在火災(zāi)中也可以乘坐電梯逃生設(shè)備，是阻礙超高層建筑發(fā)展的重要因素。

4.2 重視節(jié)能理念推進(jìn)超高層建筑的建設(shè)

首先積極開發(fā)新型的節(jié)能材料來完成施工建設(shè)的質(zhì)量。其次在北方地區(qū)適當(dāng)增加建筑物墻體的厚度，減少熱能的流失。最后相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須高度重視超高層建筑物的節(jié)能設(shè)計(jì)的研究，因?yàn)楣?jié)能是未來超高層建筑的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

4.3 建設(shè)更加舒適安全的超高層建筑

民用建筑物建設(shè)的最重要的目的是為了給居民提供一個(gè)安全舒適的場(chǎng)所。我們不僅應(yīng)該重視建筑物的美觀，更應(yīng)該關(guān)注的是建筑物自身的使用性能。隨著時(shí)代的快速發(fā)展，人們更加傾向于建筑物的安全和舒適的功能。

5.結(jié)語

隨著超高層建筑的幾何形式的多樣化以及高度不斷增高，在結(jié)構(gòu)的安全和使用功能方面提出了更高的要求，因此研究發(fā)展更加合理的結(jié)構(gòu)體系將成為超高層建筑發(fā)展的關(guān)鍵；盡管我國(guó)的超高層建筑在發(fā)展中存在很多問題，但是這并不影響我們?nèi)ピO(shè)計(jì)出宏偉的藍(lán)圖，因?yàn)槲蚁嘈?，在不久的將來，我們一定?huì)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)出安全舒適的居住夢(mèng)想。

參考文獻(xiàn)

[1]李卉 超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的類型分析[J].山西建筑，2016

[2]丁潔民我國(guó)高度250m以上超高層建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀 [J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2014

[3]張書茂 超高層住宅建筑設(shè)計(jì)的未來發(fā)展趨勢(shì)[J].門窗，2013